SE509640C2

SE509640C2 - Meander antenna for mobile telephone with whip antenna

Info

Publication number: SE509640C2
Application number: SE9703876A
Authority: SE
Inventors: Bo Wass
Original assignee: Allgon Ab
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 1999-02-15
Also published as: SE9703876L; SE9703876D0

Abstract

The antenna is used in mobile telephones. The telephone has a main housing (3) with the meander antenna (2) located at a suitable position. The antenna may be combined with a retractable whip antenna (5). The meander antenna is formed on a dielectric that can be flat or cylindrical, using the space of a conventional helical antenna. The antenna is formed as an etched conductor pattern with the radiating element extending from a feed point to a free end. The conductor can have an rectangular form, with alternating parallel sections. Multiple antennae can be formed together from different lengths, for use on different frequency bands.

Description

35 509 640 2 Trots att de är relativt effektiva och kompakta finns det en stor mängd av tidigare kända antennanordningar som är förenade med ovannämnda problem pà grund av användningen av helix- radiatorer. Sàdana antennanordningar beskrivs t ex i de europeiska patentansökningarna som är publicerade med numren O 635 898 Al, O 593 185 Al och 0 467 822 A2, PCT-ansökningarna publicerade med numren WO 94/10720 och WO 95/08199 och US patent nr 4 868 576. Although they are relatively efficient and compact, there are a large number of prior art antenna devices which are associated with the above-mentioned problems due to the use of helical radiators. Such antenna devices are described, for example, in European patent applications published under the numbers 0 635 898 A1, 0 593 185 A1 and 0 467 822 A2, PCT applications published under the numbers WO 94/10720 and WO 95/08199 and U.S. Patent No. 4,868 576.

Tidigare har meanderantenner använts när det fordras av en antennanordning att den har en total längd som är kort i förhållande till våglängden vid vilken en förbunden sändare/mottagare drivs. DE-Al 31 29 045 beskriver en riktningsbestämmande antenn, som t ex har en meanderstruktur.In the past, meander antennas have been used when it is required by an antenna device that it have a total length which is short in relation to the wavelength at which a connected transmitter / receiver is operated. DE-A1 29 29 045 describes a direction-determining antenna, which, for example, has a meander structure.

Ett stràlande element i denna har en i meanderform slingrande konfiguration och är monterad pà en dielektrisk bärare.A radiating element in this has a meandering shape in meandering form and is mounted on a dielectric carrier.

DE-Al 31 29 045 anses beskriva den antenn som tillhör känd teknik och ligger närmast uppfinningen. Problemet som skall lösas med denna är reducering av höjden av en riktnings- bestämmande antenn, och speciellt att göra den mobil och möjlig att gömma. Emellertid beskriver den endast en meanderantenn som har en plan konfiguration. Vidare innefattar lärdomarna häri förbättring av bandbredden hos antennen genom användande av en ledare som har relativt hög resistans, vilket leder till en mindre effektiv antenn. Vidare finns där inga àtgärder för erhållande av en mekaniskt hàllbar antenn, en antenn som passar att rymmas i en begränsad volym eller en antenn som kan kombineras med andra typer av antenner.DE-A1 31 29 045 is considered to describe the antenna which belongs to the prior art and is closest to the invention. The problem to be solved with this is to reduce the height of a directional antenna, and especially to make it mobile and possible to hide. However, it only describes a meander antenna that has a planar configuration. Furthermore, the lessons learned herein include improving the bandwidth of the antenna by using a conductor having a relatively high resistance, leading to a less efficient antenna. Furthermore, there are no measures for obtaining a mechanically durable antenna, an antenna which is suitable to be accommodated in a limited volume or an antenna which can be combined with other types of antennas.

Ett annat plant antennelement som slingrar sig i meanderform beskrivs i ”Abstracts of Japan 60 E 1572 (publikation nr 6- 90108) och som innefattar en dipol som slingrar sig i meander- form och en matchningsanordning som är ansluten till en 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 3 sus s4o koaxiell överföringsledning. Ett matningsarrangemang, som slingrar sig i meanderform, för en helixantenn beskrivs i US patent nr 5 298 910. Inte i nagon av de tvà senare anord- ningarna är en transmissionsledning ansluten till änden av ledaren som slingrar sig i meanderform.Another planar antenna element which winds in meander form is described in 'Abstracts of Japan 60 E 1572 (Publication No. 6-90108) and which comprises a dipole which meanders in meander form and a matching device connected to a 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 3 sus s4o coaxial transmission line. A meander-shaped power supply arrangement for a helical antenna is described in U.S. Patent No. 5,298,910. In neither of the latter two devices is a transmission line connected to the end of the meander-shaped conductor.

Den svenska patentansökningen 9601706-6 innefattar anordningar som är integrerade med en antenn för matchning av antennen till kretsar i en handportabel mobiltelefon. En liknande matchnings- anordning passar ocksà i den föreliggande uppfinningen. Den ovannämnda svenska patentansökningen inkorporeras därför häri genom denna referens.Swedish patent application 9601706-6 comprises devices which are integrated with an antenna for matching the antenna to circuits in a hand-portable mobile telephone. A similar matching device also fits in the present invention. The above-mentioned Swedish patent application is therefore incorporated herein by this reference.

Ett ändamäl med uppfinningen är att tillhandahålla en effektiv antennanordning enligt ingressen till krav l, vilken löser problemet med att tillhandahålla en antennanordning som är mekaniskt hallbar och har en geometri som passar för placering i en liten volym. Ytterligare ändamäl är att tillhandahålla ersättningar för helixradiatorer vilka också ger förbättrade antennprestanda, att få bukt med de ovannämnda problemen med bindning av elektromagnetisk energi i radiatorn eller radiatorerna i antennanordningen, att undvika genomföringar i en bärare som uppbär det (de) strålande elementet(en), att tillhandahålla en effektiv och kostnadseffektiv impedans- matchningsanordning som är integrerad med antennanordningen, att tillhandahålla en konfiguration som är bàde effektiv och mekaniskt hàllbar, att möjliggöra användningen av mer exakta produktionstekniker än t ex lindade helixar, och att tillhanda- hálla en antenn i vilken olika strålande element kan kombineras utan att vara ogynnsamt inbördes kopplade, speciellt varvid kombinationen innefattar en utdragbar sprötantenn.An object of the invention is to provide an efficient antenna device according to the preamble of claim 1, which solves the problem of providing an antenna device which is mechanically durable and has a geometry suitable for placement in a small volume. Further objects are to provide replacements for helical radiators which also provide improved antenna performance, to overcome the above-mentioned problems of binding of electromagnetic energy in the radiator or radiators in the antenna device, to avoid bushings in a carrier carrying the radiating element (s). , to provide an efficient and cost-effective impedance matching device integrated with the antenna device, to provide a configuration that is both efficient and mechanically durable, to enable the use of more precise production techniques than, for example, wound helices, and to provide an antenna in which different radiating elements can be combined without being unfavorably interconnected, especially wherein the combination comprises a extendable rod antenna.

Dessa och andra ändamål uppnås med en antennanordning enligt den kännetecknande delen av krav l. Denna radiatorgeometri har befunnits vara särskilt fördelaktig med hänsyn till stabilitet, 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 509 64Û 4 bandbredd och strålande egenskaper. Det strålande första elementet i denna antennanordning är en ledare som löper i meanderform, vilken är bågformig eller böjd så att den upptar ett utrymme liknande det som upptas av ett strålande helix- element. Denna konfiguration möjliggör att antennanordningen enligt uppfinningen kan användas i de flesta applikationer i radiokommunikationsanordningar, speciellt vid mobiltelefoner, där helixantenner tidigare har använts. I jämförelse med en helixantenn är fördelarna med att använda antennanordningen enligt uppfinningen t ex en större bandbredd, förbättrade produktionstoleranser, vilket leder till mindre kassering, en lägre grad av koppling till någon närliggande radiator, vilket i hög grad förbättrar operation i flera band, och en möjlighet att integrera en impedansmatchande krets på samma bärare med åtminstone delvis samma produktionsteknik. Att det strålande elementet sträcker sig omväxlande i positiva och negativa vinkelriktningar i förhållande till dess centrumaxel skall förstås innefatta att det strålande elementet beskriver en meanderkurva som ändrar perifeririktning åtminstone en gång vid sin utbredning längs en längdaxel hos ett imaginärt cylinder- skal, som företrädesvis har en cirkulär eller elliptisk bas.These and other objects are achieved with an antenna device according to the characterizing part of claim 1. This radiator geometry has been found to be particularly advantageous in terms of stability, 22722EN.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 509 64Û 4 bandwidth and radiant properties. The radiating first element of this antenna device is a meander-shaped conductor which is arcuate or curved so as to occupy a space similar to that occupied by a radiating helical element. This configuration enables the antenna device according to the invention to be used in most applications in radio communication devices, especially in mobile phones, where helical antennas have been used in the past. In comparison with a helix antenna, the advantages of using the antenna device according to the invention are, for example, a larger bandwidth, improved production tolerances, which leads to less rejection, a lower degree of connection to a nearby radiator, which greatly improves operation in several bands, and a possibility to integrate an impedance matching circuit on the same carrier with at least partly the same production technology. That the radiating element extends alternately in positive and negative angular directions relative to its center axis should be understood to mean that the radiating element describes a meander curve which changes peripheral direction at least once in its propagation along a longitudinal axis of an imaginary cylinder shell, preferably having a circular or elliptical base.

När antennanordningen innefattar ett eller fler ytterligare strålande element, ges möjlighet till funktion inom ett bredare frekvensband eller två eller flera separerade frekvensband. Det är möjligt att tillverka alla strålande element samtidigt i samma sekvens av framställningssteg.When the antenna device comprises one or more additional radiating elements, it is possible to function within a wider frequency band or two or more separated frequency bands. It is possible to manufacture all radiating elements simultaneously in the same sequence of manufacturing steps.

När det uttryckligen är viktigt med begränsning av den elektromagnetiska energin som är bunden i den strålande strukturen innefattar den inte alls några fullständiga varv, företrädesvis kan den innefatta bara konfigurationen som beskriver små fraktioner av ett helt varv runt en centrumaxel. 22722SE.DOC; 97-10-23 10 l5 20 25 30 35 5 509 640 Den första och andra matningspunkten kan vara förbundna och gemensamt kopplade till kretsarrangemang i radiokommunikations- anordningen. Detta kan också tillämpas vid användning av mer än två strålande element. Alternativt kan de olika strålande elementen vara separat förbundna med radiokretsanordningen.When it is explicitly important to limit the electromagnetic energy bound in the radiating structure, it does not include any complete turns at all, preferably it may include only the configuration describing small fractions of an entire revolution around a center axis. 22722SE.DOC; 97-10-23 10 l5 20 25 30 35 5 509 640 The first and second supply points can be connected and jointly connected to circuit arrangements in the radio communication device. This can also be applied when using more than two radiating elements. Alternatively, the different radiating elements may be separately connected to the radio circuit device.

Antennanordningen innefattar företrädesvis en dielektrisk bärare som uppbär den strålande strukturen för att låta den skjuta ut utåt från radiokommunikationsanordningens chassi på vilket anordningen är avsedd att monteras. Detta möjliggör ett effektivt strålningsmönster. Bäraren är företrädesvis en dielektrisk flexibel film eller laminat som har den strålande strukturen applicerad därpå eller däri i form av en ledande filmstruktur, möjligen erhållen genom en etsningsprocess. En tryckteknik är lämplig för tillverkning i stora kvantiteter.The antenna device preferably comprises a dielectric carrier which supports the radiating structure to cause it to project outwardly from the chassis of the radio communication device on which the device is intended to be mounted. This enables an efficient radiation pattern. The carrier is preferably a dielectric flexible film or laminate having the radiating structure applied thereto or therein in the form of a conductive film structure, possibly obtained by an etching process. A printing technique is suitable for production in large quantities.

Det kan vara fördelaktigt att kombinera antennanordningen enligt uppfinningen med en utdragbar och inskjutbar spröt- antenn, vilket kommer att inses av följande beskrivning av föredragna utföringsformer. Bäraren och ledarna i antenn- anordningen kommer då möjligen att inkludera en eller flera omkopplare för inkoppling eller bortkoppling av olika strålande element i olika funktionsmoder.It may be advantageous to combine the antenna device according to the invention with a extendable and retractable rod antenna, which will be appreciated from the following description of preferred embodiments. The carrier and conductors of the antenna device will then possibly include one or more switches for connecting or disconnecting different radiating elements in different modes of operation.

Speciellt när bäraren är en flexibel film med ett tryckt kretsmönster är det fördelaktigt att pà bäraren integrera en impedansmatchande anordning för matchning av impedanser hos något strålande element på filmen eller i kombination med denna struktur med kretsarrangemanget hos radiokommunikationsanord- ningen, vilka vanligen passar ihop vid 50 ohm.Especially when the carrier is a flexible film with a printed circuit pattern, it is advantageous to integrate on the carrier an impedance matching device for matching impedances of some radiating element on the film or in combination with this structure with the circuit arrangement of the radio communication device, which usually match 50 ohm.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Figurerna 1A-B visar en handportabel mobiltelefon utrustad med en antennanordning enligt flera fundamentalt lika utförings- 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 509 640 6 former enligt uppfinningen, varvid en meanderledare sträcker sig pá ett cylindriskt sätt och skjuter ut utát fràn telefonens chassi, vilket också är försett med en utdragbar och inskjutbar sprötantenn; Figurerna 2 A-C visar olika möjliga meanderledarkonfigurationer anordnade pà en flexibel filmbärare i enlighet med upp- finningen; Figur 2D visar den flexibla filmbäraren som uppbär meander- ledaren formad i en cylindrisk konfiguration, vilken t ex skulle kunna användas för att ersätta en helixledare i olika antenntillämpningar; Figurerna 3A-B visar dubbla meanderledare avstämda till olika frekvenser pà gemensamma flexibla filmbärare som tillhanda- häller dubbelbandfunktion hos en antennanordning enligt uppfinningen, varvid dubbelmeanderledarna antingen är matade separat eller via en gemensam matningspunkt; Figur 4 visar en kombination av en meanderledare som har en cylindrisk konfiguration och en utdragbar och inskjutbar sprötantenn; Figur 5 visar en kombination av en meanderledare som har en cylindrisk konfiguration och en utdragbar och inskjutbar sprötantenn, vari en flexibel filmbärare till meanderledaren är försedd med matchningsanordning för matchning av impedanserna hos meanderledaren respektive sprötantennen med en impedans hos sändar-/mottagar-krestanordningen hos en mobiltelefon; Figur 6 visar en annan kombination av en meanderledare som har en cylindrisk konfiguration och en utdragbar och inskjutbar sprötantenn, varvid meanderledaren och sprötantennen är förbundna i serie när sprötantennen är i sitt utdragna läge; 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 v 509 640 Figur 7 visar ytterligare en annan kombination av en meanderledare och en utdragbar och inskjutbar sprötantenn, varvid en koaxiell transmissionsledning är förbunden med meanderledaren respektive sprötantennen; Figur 8 visar en kombination av en meanderledare och en utdragbar och inskjutbar sprötantenn, varvid sprötantennen är i ett inskjutet läge; Figur 9 visar en kombination som är nàgot olik den som visas i figur 8, varvid sprötantennen är i ett inskjutet läge; Figurerna 10A-B visar ännu en annan kombination av en meanderledare och en utdragbar och inskjutbar sprötantenn, varvid en överdel av sprötantennen uppbär meanderledaren och kan antingen vara ledande ansluten till denna eller icke.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figures 1A-B show a handheld portable mobile telephone equipped with an antenna device according to several fundamentally similar embodiments; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 509 640 6 shapes according to the invention, wherein a meander conductor extends in a cylindrical manner and projects outwards from the chassis of the telephone, which is also provided with a extendable and retractable rod antenna; Figures 2 A-C show different possible meander conductor configurations arranged on a flexible film carrier in accordance with the invention; Figure 2D shows the flexible film carrier supporting the meander conductor formed in a cylindrical configuration, which could, for example, be used to replace a helical conductor in various antenna applications; Figures 3A-B show double meander conductors tuned to different frequencies on common flexible film carriers providing dual band function of an antenna device according to the invention, the double meander conductors being fed either separately or via a common feed point; Figure 4 shows a combination of a meander conductor having a cylindrical configuration and a extendable and retractable rod antenna; Figure 5 shows a combination of a meander conductor having a cylindrical configuration and a extendable and retractable rod antenna, wherein a flexible film carrier for the meander conductor is provided with matching device for matching the impedances of the meander conductor and the rod antenna with an impedance of the transmitter / receiver crest device of a mobile phone; Figure 6 shows another combination of a meander conductor having a cylindrical configuration and a extendable and retractable rod antenna, the meander conductor and the rod antenna being connected in series when the rod antenna is in its extended position; 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 v 509 640 Figure 7 shows yet another combination of a meander conductor and a extendable and retractable rod antenna, wherein a coaxial transmission line is connected to the meander conductor and the rod antenna, respectively; Figure 8 shows a combination of a meander conductor and a extendable and retractable rod antenna, the rod antenna being in a retracted position; Figure 9 shows a combination somewhat different from that shown in Figure 8, the rod antenna being in a retracted position; Figures 10A-B show yet another combination of a meander conductor and a extendable and retractable rod antenna, wherein an upper part of the rod antenna carries the meander conductor and can either be conductively connected to it or not.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Med hänvisning till fig l A är ett strålande meanderelement 1 uppburet av en dielektrisk cylindrisk bärare 2 och monterad sà att den sträcker sig utåt pà ett chassi 3 till en handportabel mobiltelefon 4. Meanderelementets 1 läge pá chassit 3 är valt sà att meanderledarens l stràlning utsänds och mottages effektivt i olika positioner som väljs av en användare under standby eller under ett telefonsamtal. I fig 1A-B är meander- elementet placerat pà en sida av överdelen av chassit 3 sträckande sig uppàt.DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS Referring to Fig. 1A, a radiating meander element 1 is supported by a dielectric cylindrical carrier 2 and mounted so as to extend outwardly on a chassis 3 of a hand-portable mobile telephone 4. The position of the meander element 1 on the chassis 3 is The radiation of the meander conductor is emitted and received efficiently in various positions selected by a user during standby or during a telephone call. In Figs. 1A-B, the meander element is placed on one side of the upper part of the chassis 3 extending upwards.

I fig lA visas också en utdragbar och inskjutbar sprötantenn 5 i sitt utdragna läge. En sprötantenn kan antingen vara kombinerad med meanderelementet eller inte, beroende pà de antennprestanda som erfordras i det speciella fallet. Fig lB 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 509 640 visar arrangemanget i fig lA med sprötantennen i sitt inskjutna läge.Fig. 1A also shows a extendable and retractable rod antenna 5 in its extended position. A rod antenna can either be combined with the meander element or not, depending on the antenna performance required in the particular case. Fig. 1B 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 509 640 shows the arrangement in Fig. 1A with the rod antenna in its retracted position.

Fig 2A visar en första möjlig form 6 av det strålande meander- elementet som är ett etsat ledarmönster pà en dielektrisk filmbärare 7 i en plan konfiguration. Det strålande elementet sträcker sig från en matningspunkt 8 vid en kant av bäraren 7, vilken har en väsentligen rektangulär form, i en omväxlande kurva innefattande parallella sektioner och halvcirkulära krökar till en fri ände 9 vid en motsatt kant av bäraren 7. Det enstaka strålande meanderelementet formas fràn den plana konfigurationen till en konfiguration varvid bäraren 7 är rörformad eller åtminstone bildar del av en cylinder, vilket kommer att visas vidare nedan.Fig. 2A shows a first possible shape 6 of the radiating meander element which is an etched conductor pattern on a dielectric film carrier 7 in a planar configuration. The radiating element extends from a feed point 8 at an edge of the carrier 7, which has a substantially rectangular shape, in an alternating curve comprising parallel sections and semicircular curves to a free end 9 at an opposite edge of the carrier 7. The single radiating meander element is formed from the planar configuration to a configuration in which the carrier 7 is tubular or at least forms part of a cylinder, which will be shown further below.

Fig 2B och C visar, med motsvarande hänvisningsbeteckningar, andra och tredje alternativa former 10, ll av meanderelementet, innefattande rektangulära former respektive sàgtandsformer, som sträcker sig pà och formas tillsammans med bäraren 7 pà ett liknande sätt som det hos meanderelementet i fig 2A.Figs. 2B and C show, with corresponding reference numerals, second and third alternative shapes 10, 11 of the meander element, comprising rectangular shapes and sawtooth shapes, respectively, which extend on and are formed together with the carrier 7 in a manner similar to that of the meander element in Fig. 2A.

Fig 2D visar en föredragen cylindrisk konfiguration i vilken meanderelementet l2 och den flexibla filmbäraren 13 är formade tillsammans. Denna konfiguration är kompakt och tillhandahåller god hàllbarhet. Den kan användas i de flesta antenntillämp- ningar där väsentligen utrymmet som upptas av en helixantenn är tillgängligt och speciellt när högre prestanda än det hos ett strálande helixelement erfordras. Alternativt kan den flexibla filmbäraren utbytas mot en annan dielektrisk bärare, före- trädesvis en som har en cylindrisk form med nàgot lämpligt tvärsnitt, pà vilken en meanderledare också kan appliceras eller framkallas med en högprecisionsteknik t ex etsning. Som framgár av fig 2A kan konfigurationen sägas ha en imaginär centrumaxel vilken meanderelementet 12 kröker sig runt sà att vinkeln relativt axeln omväxlande ökar och minskar. 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 9 509 640 Med hänvisning till fig 3A visas dubbelmeanderelement 14, 15 pa en gemensam bärare, vilka är avstämda till tvá olika frekvenser vilket tillåter drift av antennanordningen i tvà överlappande eller separerade frekvensband. Dessa element är matade via en gemensam matningspunkt 17 vilken kopplas till kretsarrange- manget hos en handportabel mobiltelefon, möjligen via en impedansmatchande anordning (icke visad). Det är också möjligt att anordna mer än tvà meanderelement tillsammans för att erhålla funktion i mer än tva frekvensband eller ytterligare bredare band än vad som kan uppnas med tva element. Även om den är visad i en väl fungerande plan konfiguration i fig 3A är den flexibla filmbäraren till multimeanderanordningen företrädesvis avsedd att formas till en cylindrisk konfiguration som är beskrivet ovan för ett enkelt element som slingrar sig i meanderform.Fig. 2D shows a preferred cylindrical configuration in which the meander element 12 and the flexible film carrier 13 are formed together. This configuration is compact and provides good durability. It can be used in most antenna applications where substantially the space occupied by a helical antenna is available and especially when higher performance than that of a radiating helical element is required. Alternatively, the flexible film carrier can be exchanged for another dielectric carrier, preferably one having a cylindrical shape with a suitable cross-section, to which a meander conductor can also be applied or developed with a high-precision technique such as etching. As can be seen from Fig. 2A, the configuration can be said to have an imaginary center axis which the meander element 12 curves around so that the angle relative to the axis alternately increases and decreases. 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 9 509 640 Referring to Fig. 3A, double meander elements 14, 15 are shown on a common carrier, which are tuned to two different frequencies, which allows operation of the antenna device in two overlapping or separated frequency bands. These elements are supplied via a common supply point 17 which is connected to the circuit arrangement of a hand-portable mobile telephone, possibly via an impedance matching device (not shown). It is also possible to arrange more than two meander elements together to obtain function in more than two frequency bands or further wider bands than can be achieved with two elements. Although shown in a well-functioning planar configuration in Fig. 3A, the flexible film carrier of the multimeander device is preferably intended to be formed into a cylindrical configuration as described above for a simple element which meanders in meander shape.

Det kan visas med beräkningar och bekräftas genom simulationer och prover, att meanderelement tillhandahåller en stor fördel framför helixelement för funktion inom separerade eller bredare frekvensband, eftersom graden av koppling mellan de indivi- duella elementen är mycket mindre för meanderelement än för helixelement under antagande av samma eller jämförbara geometriska separationer.It can be shown by calculations and confirmed by simulations and tests, that meander elements provide a great advantage over helix elements for operation within separated or wider frequency bands, since the degree of coupling between the individual elements is much smaller for meander elements than for helix elements assuming the same or comparable geometric separations.

Fig 3B visar ett alternativ till matningsarrangemanget i fig 3A. Här har vart och ett av de individuella elementen 18, 19 sin egen matningspunkt 20 respektive 19 avsedda att kopplas individuellt till telefonens kretsarrangemang, eventuellt via en impedansmatchande anordning.Fig. 3B shows an alternative to the feed arrangement in Fig. 3A. Here, each of the individual elements 18, 19 has its own supply point 20 and 19, respectively, intended to be connected individually to the circuit arrangement of the telephone, possibly via an impedance matching device.

Med hänvisning till fig 4 visas en kombination som innefattar ett cylindriskt konfigurerat strålande meanderelement 22 som uppbärs av en cylindrisk flexibel filmbärare 23, varvid en punkt av denna är en matningspunkt 24 och den andra är en fri 22722SE.DOC; 97-10-23 lO 15 20 25 30 35 5Û9 64Û 10 ände 25, varvid en utdragbar ledande sprötantenn 26 som är försedd med en stoppare 27 i en nedre ände vilken är anpassad att kontaktera matningspunkten 24 hos meanderelementet 22 via en kontaktanordning 28 när sprötantennen 26 är utdragen, som visas i fig 4, och är försedd vid den motsatta änden 29 med en làngsträckt dielektrisk ledning 30 hos sprötantennen vilken avslutas med en knopp 31 avsedd att hälla i när sprötantennen 26 förskjutes.Referring to Fig. 4, there is shown a combination comprising a cylindrically configured radiating meander element 22 supported by a cylindrical flexible film carrier 23, one point of which is a feed point 24 and the other is a free 22722SE.DOC; 97-10-23 10 20 25 30 35 5Û9 64Û 10 end 25, wherein a pull-out conductive rod antenna 26 is provided with a stopper 27 in a lower end which is adapted to contact the feed point 24 of the meander element 22 via a contact device 28 when the rod antenna 26 is extended, as shown in Fig. 4, and is provided at the opposite end 29 with an elongate dielectric conduit 30 of the rod antenna which terminates with a knob 31 intended to be poured in when the rod antenna 26 is displaced.

Längden av den längsträckta dielektriska delen 30 är väsent- ligen lika med längden av det cylindriskt konfigurerade meanderelementet 22, sà att sprötantennen 26 inte har nàgon gemensam utsträckning med meanderelementet 22 i det inskjutna läget (visat i fig 8).The length of the elongate dielectric portion 30 is substantially equal to the length of the cylindrically configured meander element 22, so that the rod antenna 26 has no common extension with the meander element 22 in the retracted position (shown in Fig. 8).

Radiatorerna 22, 26 i antennanordningen i fig 4 är företrädesvis bäda av samma typ, t ex av halvvägs eller kvartsvägstyp.The radiators 22, 26 in the antenna device in Fig. 4 are preferably both of the same type, for example of the half-way or quarter-way type.

Allmänt gäller att när högre antennprestanda erfordras, t ex under ett telefonsamtal dras sprötantennen i allmänhet ut och kontakteras via kontaktanordningen till matningspunkten pä meanderelementet, så att meanderelementet och sprötantennen kommer att vara anslutna parallellt till telefonens krets- arrangemang. I denna konfiguration utför sprötantennen största delen av antennfunktionen. Det är också möjligt att tillhanda- hälla en antenn av denna typ med mer komplicerade omkopplings- anordningar vilka helt och hållet kan bortkoppla ett av elementen när det inte behövs.In general, when higher antenna performance is required, for example during a telephone call, the rod antenna is generally pulled out and contacted via the contact device to the feed point on the meander element, so that the meander element and the rod antenna will be connected in parallel to the telephone circuit arrangement. In this configuration, the rod antenna performs most of the antenna function. It is also possible to provide an antenna of this type with more complicated switching devices which can completely disconnect one of the elements when it is not needed.

I fig 5 visas schematiskt ett allmänt sätt att anordna en impedansmatchande anordning 32 integrerad pà en dielektrisk bärare 33 till antennanordningen enligt uppfinningen. Match- ningsanordningen 32 är ansluten till en matningspunkt 34 för ett meanderelement 35 och innefattar reaktiva komponenter 36, 2Z722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 11 509 6408 37 (visade schematiskt) och anslutningsuttag 38, 39 för signal- och jordanslutningar (icke visade) till telefonen.Fig. 5 schematically shows a general way of arranging an impedance matching device 32 integrated on a dielectric carrier 33 of the antenna device according to the invention. The matching device 32 is connected to a feed point 34 of a meander element 35 and comprises reactive components 36, 2Z722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 35 11 509 6408 37 (shown schematically) and connection sockets 38, 39 for signal and earth connections (not shown) to the telephone.

Arrangemanget i fig 6 innefattar företrädesvis ett meander- element 40 väsentligen av kvartvàgstyp pà en cylindrisk dielektrisk bärare 41, företrädesvis en utdragbar och inskjutbar sprötantenn 42 av väsentligen halvvàgstyp som har en dielektrisk làngsträckt del 43 monterad pà en övre ände 44.The arrangement of Fig. 6 preferably comprises a meander element 40 substantially of the quarter-wave type on a cylindrical dielectric carrier 41, preferably a extendable and retractable rod antenna 42 of the substantially half-wave type having a dielectric elongate portion 43 mounted on an upper end 44.

Detta arrangemang skiljer sig vidare fràn det i fig 4 genom att sprötantennen 42 är matad i sitt utdragna läge, antingen konduktivt eller kapacitivt vid dess nedre ände 45 av en övre del av meanderelementet 40.This arrangement further differs from that of Fig. 4 in that the rod antenna 42 is fed in its extended position, either conductively or capacitively at its lower end 45 of an upper part of the meander element 40.

Arrangemanget i fig 7 innefattar företrädesvis ett meanderelement 46 av väsentligen kvartsvàgstyp pà en dielektrisk cylindrisk bärare 47, företrädesvis en utdragbar och inskjutbar sprötantenn 48 väsentligen av kvartsvágstyp, vilken har en dielektrisk längsträckt del 49 monterad vid en övre ände 50. Detta arrangemang skiljer sig vidare från det i fig 4 visade genom att innerledaren 51 i en (koaxiell) trans- missionsledning 52 matar sprötantennen 48 då den är i sitt utdragna läge, antingen konduktivt eller kapacitivt, vid sin nedre ände 53, och en övre ände 54 av meanderelementet 46 matas av skärmen 55 i transmissionsledningen 52 medan en nedre ände 56 av meanderelementet 46 är en öppen ände.The arrangement in Fig. 7 preferably comprises a meander element 46 of substantially quartz wave type on a dielectric cylindrical carrier 47, preferably a extendable and retractable rod antenna 48 substantially of quartz wave type, which has a dielectric elongate portion 49 mounted at an upper end 50. This arrangement further. shown in Fig. 4 by the inner conductor 51 of a (coaxial) transmission line 52 feeding the rod antenna 48 when in its extended position, either conductively or capacitively, at its lower end 53, and an upper end 54 of the meander element 46 being fed by the screen 55 in the transmission line 52 while a lower end 56 of the meander element 46 is an open end.

I situationer där det krävs att antennanordningen är mer kompakt är sprötantennen 57 inskjutbar sàsom visas i fig 8. I allmänhet tillhandahåller då sprötantennen 57 lite eller ingen antennfunktion alls, medan meanderelementet(-en) 58 utsänder och mottager stràlningsenergi till och från telefonen. Här sträcker sig den dielektriska delen 59 längs meanderelementets 58 hela axiella längd, sà att sprötet är bortkopplat i inskjutet läge. 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 509 640 12 Alternativt, sàsom schematiskt visas i fig 9, kan spröt- antennen 60 sträcka sig gemensamt med det cylindriskt konfigurerade meanderelementet 61 àtminstone delvis även i sprötantennens 60 inskjutna läge, i syfte att reducera det erforderliga mottagningsdjupet i en handportabel mobiltelefons chassi. I detta fall sträcker sig den lángsträckta dielektriska delen 62 endast delvis gemensamt med meanderelementet 61 när sprötantennen är inskjuten.In situations where the antenna device is required to be more compact, the rod antenna 57 is retractable as shown in Fig. 8. In general, the rod antenna 57 then provides little or no antenna function at all, while the meander element (s) 58 emits and receives radiant energy to and from the telephone. Here, the dielectric part 59 extends along the entire axial length of the meander element 58, so that the rod is disconnected in the retracted position. 22722SE.DOC; 97-10-23 10 15 20 25 30 509 640 12 Alternatively, as schematically shown in Fig. 9, the rod antenna 60 may extend in common with the cylindrically configured meander element 61 at least partially also in the retracted position of the rod antenna 60, in order to reduce it required reception depth in a handheld mobile phone case. In this case, the elongate dielectric member 62 extends only partially in common with the meander member 61 when the rod antenna is inserted.

Fig 10A och l0B visar i inskjutna respektive utdragna lägen, en sprötantenn 63 som i sin toppände 64 uppbär ett meanderelement 65. En ledande hylsa 66 bildar en anslutningspunkt till telefonens kretsarrangemang (eller en matchningsanordning).Figs. 10A and 10B show in inserted and extended positions, respectively, a rod antenna 63 which carries at its top end 64 a meander element 65. A conductive sleeve 66 forms a connection point to the telephone circuit arrangement (or a matching device).

Antingen finns det en ledande anslutning mellan sprötet och meanderelementen, varvid de tillsammans kontakterar hylsan 66 vid delen 64 i inskjutet läge och vid delen 67 i utdraget läge, eller finns det inte någon ledande kontakt, varvid meander- elementet 65 ensamt kontakterar hylsan 66 i det inskjutna läget och antennsprötet 63 ensamt kontaktera hylsan 66 i det utdragna läget.Either there is a conductive connection between the rod and the meander elements, whereby they together contact the sleeve 66 at the part 64 in the retracted position and at the part 67 in the extended position, or there is no conductive contact, whereby the meander element 65 alone contacts the sleeve 66 in the the retracted position and the antenna rod 63 alone contact the sleeve 66 in the extended position.

Ett flertal multibandantennanordningar kan konstrueras enligt principerna som beskrivits ovan under hänvisning till fig 4-10, om fler än ett meanderelement innefattas. Även om uppfinningen har beskrivits i anslutning till ett antal föredragna utföringsformer skall det förstås att flera modifi- kationer kan fortfarande göras utan att fràngà uppfinningens idé och omfattning sàsom den definieras i de bifogade kraven.A plurality of multiband antenna devices can be constructed according to the principles described above with reference to Figs. 4-10, if more than one meander element is included. Although the invention has been described in connection with a number of preferred embodiments, it is to be understood that several modifications may still be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.

En sàdan möjlig modifikation är att tillhandahålla matnings- anordningarna och matningskonfigurationerna pà andra sätt än de som visas i fig 4-10. 22722SE.DOC; 97-10-23One such possible modification is to provide the feeding devices and feeding configurations in other ways than those shown in Figs. 4-10. 22722SE.DOC; 97-10-23

Claims

10 13 * 5119 640 PATENT CLAIMS

An antenna device for a portable radio communication device, comprising: - a radiating first element tuned to a first frequency, - the first element having a central longitudinal first axis, first and second ends which constitute a first feed point and a first open one, respectively. end, and a meander configuration, characterized in that - a radiating second element tuned to a second frequency different from the first frequency, - the second element has a central longitudinal second axis, first and second ends which constitute a second feed point and a second open end, and a meander configuration, - the antenna device is drivable within first and second frequency bands which surround the first and second frequencies, respectively.

An antenna device according to claim 1, wherein - none of the radiating elements comprises a full revolution around its central axis.

An antenna device according to any one of the preceding claims, wherein - the first and the second feed point are interconnected.

An antenna device according to any one of the preceding claims, further comprising: - a dielectric carrier which supports the radiating elements and is intended to be mounted on radio communication devices so that the radiating elements project outwards. 22722ASELDOC; 97-10-23 10 15 509 640 M

The antenna device of claim 4, further comprising: that the carrier has a carrier surface, that the radiating elements are formed of a conductive film disposed on the carrier surface.

An antenna device according to any one of claims 4-5, further comprising: - that the carrier is a flexible dielectric film provided with a printed conductive film constituting the radiating elements.

An antenna device according to claim 6, wherein - the dielectric film is substantially in the form of a cylinder wall or part thereof.

An antenna device according to any one of the preceding claims, wherein - the elements having a meander configuration have a shape corresponding to at least part of a cylinder wall.

An antenna device according to any one of the preceding claims, further comprising: - a extendable and retractable rod antenna which is drivable in combination with the elements having a meander configuration.

An antenna device according to claim 9, wherein - the meander configuration elements are intended to be fixed to a chassis of a radio communication device through which the extendable and retractable rod antenna is displaceable, - the meander configuration elements are connected to circuits of the radio communication device when the rod antenna is in retracted position, - the rod antenna is connected to the circuits when the rod antenna is in an extended position. 22722ASE.DOC; 97-10-23

11. ll.

12.

An antenna device according to claim 9, wherein the rod antenna is intended to be displaced into and out of a chassis to a radio communication device, the elements having a meander configuration are fixed coaxially at one end of the rod antenna and are always located outside the chassis, the elements having a meander configuration are connected to circuits of the radio communication device when the rod antenna is in a retracted position, the elements having a meander configuration and the rod antenna are connected in series to the circuits when the rod antenna is in an extended position. An antenna device according to claim 9, wherein the rod antenna is intended to be displaced into and out of a chassis to a radio communication device, the elements having a meander configuration are fixed coaxially at one end of the rod antenna and are always located outside the chassis, the elements having a meander configuration are connected to the circuits of the radio communication device when the rod antenna is in a retracted position, the rod antenna is connected to the circuits when the rod antenna is in an extended position. An antenna device according to claim 9, wherein the elements having a meander configuration, and preferably having substantially quarter-wave characteristics, are intended to be fixed at the chassis of a radio communication device through which the extendable and retractable rod antenna, which preferably has substantially half-way characteristics, is displaceable. are connected to circuits of the radio communication device when the rod antenna is in a retracted position, the rod antenna is connected, preferably capacitively, to 22722ASE.DOC: 97-10-23

14.

15. 14,

16. l6. 509 640 16 circuits via an upper part of the elements which have a meander configuration when the rod antenna is in an extended position. An antenna device according to claim 9 or 13, wherein the elements having a meander configuration are intended to be fixed at the chassis of a radio communication device through which the extendable and retractable rod antenna is displaceable, the elements having a meander configuration are connected at an upper part, via a transmission line extending through the elements having a meander configuration, to the circuits of the radio communication device when the rod antenna is in a retracted position, the rod antenna is connected at a lower part via the transmission line to the circuits when the rod antenna is in an extended position. An antenna device according to any one of claims 9, 10, 13 or wherein the elements having a meander configuration are intended to be fixed at the chassis of a radio communication device through which the extendable and retractable rod antenna is displaceable, the elements having a meander configuration are connected to circuits of the radio communication antenna. is in a retracted position, the rod antenna is disconnected from the circuits and, in order to reduce the extension depth into the radio communication device, extends at least partially inside the elements having a meander configuration, when the rod antenna is in a retracted position. An antenna device according to any one of claims 4 to 15, further comprising: an impedance matching device integrated on the 22722ASE.DOC; 97-10-23 509 s4oil 17 dielectric carrier and intended for matching the impedance (s) of radiating elements with circuits of the radio communication device.

An antenna device according to any one of the preceding claims, further comprising: - at least one further radiating element having a meander configuration and being similar to the first and second elements, but tuned to a third frequency separate from the first and second frequencies. 22722ASE.DOC; 97-10-23